基于單片機的太陽能手機充電器方案

1 引言

　　最近，人們正考慮把太陽能用于包括移動電話充電器這樣的范圍更寬廣的消費電子應用。太陽能電池板所提供的功率高度依賴于工作環境。這包括諸如光密度、時間和位置之類的因素。因此，電池通常被用作能量存儲單元。當來自太陽能板的電能有余的時候，就可以對電池充電;當太陽能板提供的電能不足時，電池就可以為系統供電。

　　目前市場上的太陽能電池板繁多，根據太陽能電池板所用材料的不同可分為：

　　①硅太陽能電池;

　　②以無機鹽如砷化鎵III- V 化合物，硫化鎘，銅銦硒等多元化合物為材料的太陽能電池;

　　③功能高分子材料(有機半導體)制備的大陽能電池;

　　④納米晶太陽能電池等。我們采用的是硅太陽能電池。

　　2 充電器的硬件設計

　　充電器如圖1 所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調制控制器和電池組等，形成了一個閉環系統。

　　其中，單片機是電路的控制部分，PWM電路是整個電路的核心部分。下面對系統的工作原理分幾個部分進行簡述。

　　圖1 充電器電路模塊圖

　　2.1 處理器

　　處理器采用51 系列單片機89C51。單片機內部有兩個定時器、兩個外部中斷和一個串口中斷、三個八路的I/O 口，采用12MHz 的晶振。單片機的任務是通過采樣電路實時采集太陽能電池板的輸出電壓和電流以及電池的充電狀態，通過計算決定如何對電池板最大輸出功率進行尋找以及確定充電電池的充電狀態。

　　2.2 采樣部分

　　如果在系統中要對電流進行檢測，必須先將電流信號轉換為電壓信號，然后才能實現A/D 的轉換。常用的轉換方法是在電路中加入精密電阻，由此將電流信號轉換為電壓信號。這種方法的優點是測量簡單方便，但是這種方法當電流很小時，影響測量準確度，因而很難選擇一個合適的阻值;其次，所得到的電流檢測信號只有通過放大以后才能進入電路中的比較器，從而增加了電路設計調試時的復雜度。因此，可以采用電流電壓轉換芯片MAX472，克服了常規測量電流方法存在的測量范圍小、測量誤差大等缺點，可提高測量精度，并且可以用單片機進行精確控制。

　　電壓和電流采樣采用串行模/ 數轉換器TLC0834，8 位分辨率易于和微處理器接口或獨立使用滿比例尺工作或用5V基準電壓用地址邏輯多路器選通的4 或8 輸入通道單5V 供電，輸入范圍0- 5V。

　　2.3 PWM 控制電路

　　控制器采用脈寬調制(PWM) 方式控制供電電流的大小。

　　PWM發生器是由的單片機輸出的PWM波通過控制電路實現的，主控制器和它采用中斷的方式進行通訊，控制其增大或減小脈寬。PWM信號通過光電隔離驅動主回路上的MOSFET。

　　開關管、二極管、LC 電路構成開關穩壓電源。用PWM方式控制的開關電源可以減小功耗，同時便于進行數字化控制，但母線的紋波系數相對較大。PWM控制電路如圖2 所示。

　　圖2 PWM控制電路

　　3 電池充電原理

　　鋰離子電池在充電或放電過程中若發生過充、過放或過流時，會造成電池的損壞或降低使用壽命，圖3 為鋰電池的充電曲線，共分三個階段：預充狀態、恒流充電和恒壓充電階段。

　　以800mAh 容量的電池為例，其終止充電電壓為4.2V。用1/10C(約80mA)的電池進行恒流預充，當電池端電壓達到低壓門限V(min)后，以800mA(充電率為1C)恒流充電，開始時電池電壓以較大的斜率升壓，當電池電壓接近4.2V 時，改成4.2V恒壓充電，電流漸降，電壓變化不大，到充電電流降為1/10C(約80mA)時，認為接近充滿，可以終止充電。

　　圖3 手機電池充電曲線